știința

Finchura striata. Credit: Thimindu Goonatillake (CC BY-SA 2.0)

Bunicul lui Richard Mooney, inginer mecanic, nu-și putea imagina cum păsările ar fi utile pentru descifrarea creierului uman. „În același mod în care dezasamblarea mașinii de tuns gazon monocilindric vă poate pregăti pentru modul în care funcționează un motor V8 turbosuflat într-o mașină de curse de Formula 1”, a explicat Mooney, neurobiolog la Duke University Medical Center. De fapt, asemănările izbitoare dintre păsările cântătoare și creierul uman duc acum cercetarea neurobiologică într-o nouă direcție: studiul bolilor neurodegenerative la om.

Păsările cântătoare și oamenii împărtășesc ocazia rară de a învăța modele vocale prin imitație, o abilitate care este menținută de zone similare din creier. Acest lucru este chiar la nivel genetic, după cum a demonstrat colegul lui Mooney, Erich Jarvis, în 2014. Expresia genelor la păsările cântătoare din aceste regiuni ale creierului este mult mai asemănătoare cu cea la oameni decât la găini, iar expresia genică la oameni a fost mai asemănătoare cu cel al păsărilor cântătoare decât al macacilor (Science, 346: 1256846).

Oferta speciala:

Una dintre aceste regiuni, cunoscută sub numele de Zona X la păsări, este o sub-zonă a ganglionilor bazali dedicată învățării cântecelor. Jarvis și colegii săi au arătat că în cea mai frecvent utilizată pasăre cântătoare de laborator, zebra amadin (Taeniopygia guttata), dopamina trimisă în zona X de către creierul central, joacă un rol cheie în variabilitatea cântecului. Când nu există femele în jur, bărbații amadini cântă „cântece dezorientate”, probabil pentru a practica, iar aceste cântece sunt mai diverse decât cântecele pe care le folosesc pentru a atrage femelele. Mai multe melodii similare destinate femeilor sunt însoțite de intrarea neurotransmițătorului dopamină în neuronii ganglionilor bazali ai bărbaților (Eur J Neurosci, 25: 3406-16, 2007). Această constatare este importantă pentru cercetătorii interesați de defecte de vorbire asociate cu boala neurodegenerativă a Parkinson, care se caracterizează atât prin pierderea neuronilor dopaminergici, cât și prin deteriorarea ganglionilor bazali.

Amadină zebră masculină (specie de cinteză). Credit: Peripitus (CC BY-SA 3.0)

Abia recent oamenii de știință au început să înțeleagă efectul pierderii de dopamină la păsările cântătoare, ca și în boala Parkinson. Sam Sober și colegii de la Universitatea Emory din Atlanta au descoperit că tratarea ganglionilor bazali ai unui alt cinteză adult, Lonchura striata, cu neurotoxina 6-hidroxidopamină, care distruge neuronii dopaminergici, cauzează defecte în antrenamentul vocal (J Neurosci, 36: 2176 -89, 2016). Neobiobiologul Universității din Washington, David Perkel, a descris studiul ca „prima dovadă directă a [importanței] dopaminei pentru învățare”. Anterior, neurobiologul Stephanie White de la Universitatea din California, Los Angeles și Julie Miller, care se află acum la Universitatea din Arizona, au descoperit că 6-hidroxidopamina a redus variabilitatea vocală a „cântecelor neorientate” în care ar trebui să cânte finlandezii. (Physiol Rep, 3: e12599, 2015). Persoanele cu Parkinson vorbesc, de asemenea, mai monoton, dar nu este clar modul în care dopamina afectează acest simptom.

Modelele actuale de Parkinson cu ineluri se bazează pe leziuni induse de neurotoxină în zone specifice ale creierului, mai degrabă decât pe mutații genetice asociate bolii la om. Dar boala afectează întregul creier - nu doar ganglionii bazali - inclusiv nervii periferici, mușchii și intestinele, spune neurobiologul Michelle Ciucci de la Școala de Medicină și Sănătate Publică de la Universitatea din Wisconsin. Munca sa privind problemele de vorbire și de înghițire la pacienții cu Parkinson și modelele bolii la șobolani au arătat că terapia de substituție cu dopamină nu a îmbunătățit în mod semnificativ calitatea vorbirii la pacienții cu Parkinson, sugerând că nivelul scăzut al neurotransmițătorilor nu este singura cauză a acestor deficite (Semin Speech Lang, 34: 185-202, 2013). Deoarece modelele genetice pot rezuma progresia și efectele Parkinson, Ciucci susține utilizarea unei combinații a acestor modele - atât șobolani, cât și păsări - pentru a înțelege biologia bolii.

Cercetătorii Fink testează deja modele genetice ale unei alte boli neurodegenerative: boala Huntington. Anul trecut, oamenii de știință au caracterizat o pasăre cântătoare transgenică cu gena mutantă hunttin, care a arătat atât tremor, cât și cântece repetitive de „bâlbâială”, similare cu simptomele observate la persoanele cu boală (Nature Neurosci, 18: 1617-22, 2015).

Structura moleculară a huntinului.

Cântatul, ca și vorbirea, este o abilitate motorie volitivă complexă care devine incontrolabilă în Huntington, iar conexiunile bine stabilite între creier și cântat fac din păsările cântătoare un sistem ideal pentru a studia modul în care genele mutante perturbă aceste tipare. Echipa Mooney a constatat că până și expresia unei mutante de vânătoare mutante în ganglionii bazali a fost suficientă pentru a face păsările să cânte mai mult, dar amestecând silabele stereotipe ale cântecului (PNAS, 113: E1720-27, 2016). „Lucrarea este foarte bună și sugerează cu siguranță că acesta ar putea fi un model excelent pentru înțelegerea patogeniei bolii Huntington”, spune Perkel.

Interesant este faptul că unele dintre păsări au reușit să recâștige parțial capacitatea de a aranja corect silabele în cântecele lor, ceea ce se poate datora capacității creierului de a crea noi neuroni în această zonă în timp. Acest rezultat este în concordanță cu o constatare anterioară a laboratorului Jarvis conform căreia laboratoarele parțiale leziunile reparate în zona X indusă de neurotoxină acumulând noi neuroni, dar bâlbâiala în cântecele lor a rămas (Sci Rep, 4: 6590, 2014). Mecanismul și scopul neurogenezei din aceste zone din corpul adultului - care nu pare să apară la om - nu sunt încă clare, dar dezvăluirea bazei lor poate duce în cele din urmă la tratament pentru persoanele care suferă de leziuni neurologice, spune Jarvis.

Pentru a face acest vis o realitate, probabil va fi nevoie de o combinație de animale. „Trebuie investiți mai mulți bani în comparații între păsări și mamifere sau păsări și oameni”, spune Jarvis.